Цементное сырье – мел

Поставщики цементных печей уделяют основное внимание центральному процессу обжига.  Вопросы добычи сырья и его транспортировки обычно отходят на второй план. Для большинства самых распространенных цементных сырьевых материалов (известняк или мергель) существуют стандартные методы добычи и переработки.

Нестандартное цементное сырье – мел, требует особого подхода.

Большинство существующих методов добычи, транспортировки и складирования мела требуют индивидуального подхода. Они часто предопределяют последующие технологические этапы переработки сырья и обжига клинкера.

Свойства мела

Мел – это мягкий (менее 5 MПа), тонкодисперсный (D50 < 5 μm) и влажный (15 – 30%) известняк. Он сотоит из микроскопических окаменений (coccoliths) , которые можно рассматривать под электронным микроскопом. Рыхлая пористая структура обусловлена несовершенным диагинезисом. В зависимости от конкретной залежи мел сопровождается флинтовыми включениями. Кроме того, встречаются пиритовые конгломераты, а также макроскопические окаменения (белемниты, морские ежи и т. д.).

При сушке мел превращается в тонкодисперсный порошок с большой удельной поверхностью (~10.000 cм2/г). Если подвергать мел механической нагрузке, то он начинает крошиться. Заключенная в капиллярах вода начинает подниматься к поверхности и делает куски липкими. Таким образом, куски при механической нагрузке постепенно превращаются в мазь. Когда вода дополнительно поступает извне, мел превращается в шлам. Содержание СаСО3 в меле колеблется между 85-99%, внутри отдельно взятого карьера может варьироваться примерно на 5%, что сказывается на реологических свойствах фильтркека (D и G). Белизна и высокая удельная поверхность делают из мела ценный наполнитель для различных промышленных отраслей (например, бумажная промышленность).

Специальные решения для мела

Есть тесная взаимосвязь между методом добычи мела, возможными методами транспортировки, складирования и последующего обжига. Концепция E предусматривает «сухое» складирование мела в виде комков. В свою очередь, это возможно только при применении в карьере ковшовых экскаваторов для добычи крупных кусков мела, с как можно меньшей площадью поверхности этих кусков на тонну материала. Дальнейшее дробление и складирование (Е) должны проходить под крышей.

Чем мельче куски при добыче мела, тем больше удельная площадь поверхности кусков на тонну материала и, соответственно, больше склонность мела к смачиванию и прилипанию в процессе транспортировки. Использование высокопроизводительных роторных или цепных экскаваторов в комбинации с конвейерной транспортировкой значительно затрудняет дальнейшее «сухое» складирование мела [3].

 Если карьер находится ниже уровня грунтовых вод, то возникают особые проблемы. Ж/д или автомобильный транспорт не могут работать достаточно эффективно. В этом случае рекомендуется комбинация роторного или цепного экскаваторов с конвейерными транспортерами, что исключает «сухое» складирование мела, как предусмотрено в концепции Е.

Другая проблема при выборе Е – это невозможность удаления из мела побочных примесей. Именно эти примеси могут вызвать серьезный износ оборудования в дальнейшем процессе переработки. Как уже отмечалось, в Laegerdorf имеются сложные карьерные условия: залежи находятся ниже уровня грунтовых вод, имеется влияние солевых подструктур, встречаются флинтовые примеси. Для этого случая не оставалось другого выбора, как концепция D (или G).

 Из-за особых гидравлических условий Aalborg-карьер эксплуатируется в подводном режиме (цепной экскаватор окунает цепь в карьерное озеро). Таким образом, влажность мела выше обычной (больше 23%), однако отрицательное влияние сырьевых подструктур подавлено. В этом случае нет необходимости введения фильтрации, хотя и нет возможности применения концепции (Е). Таким образом, была выбрана концепция (С). Меловые залежи в Kensworth (95 км от Rugby!) полностью находятся выше уровня грунтовых вод. При соблюдении тщательного дренажа карьерных дорог стала возможной комбинация ковшового экскаватора с автомобильным транспортом до цеха шламоизготовления, расположенного около карьера.

 Выбрав экономичный гидравлический транспорт из Kensworth в Rugby, заводу пришлось работать со шламом по концепции C.

Новые методы добычи и транспортировки мела

 Для высокопроизводительных непрерывно работающих комплексов с использованием роторных или цепных эскаваторов, слабым звеном является конвейерный транспорт.
Он недостаточно гибок для добычи мела на труднодоступных участках карьера. Эксплуатационные затраты на конвейерный транспорт высоки. В зимних условиях возникают дополнительные проблемы.

Появилась простая идея изготовления шлама сразу после добычи экскаватором и гидравлической транспортировки мелового шлама из карьера. В рамках совместного проекта фирм OMYA и HOLCIM была разработана, построена и запущена тестовая линия на 150 т/ч передвижной установки для приготовления шлама в карьере. Транспортировка мела с глубины 90 м на завод, расположенный в полутора километрах от карьера, осуществляется гидравлическим методом. Эта техника имеет ряд существенных преимуществ:

 - возможность подобрать различные варианты экскаваторных работ на карьере в Laegerdorf позволяет добывать дополнительно 30-40 млн. т мела;
- отмечается существенное сокращение эксплуатационных затрат;
- ожидается облегчение работы в зимних условиях.

Последний пункт основан на более легком размораживании тонкораздробленного мела при добавлении воды в дробилку передвижной установки приготовления шлама. Практически исключена возможность замерзания мела при дальнейшей транспортировке из карьера, поскольку трубопровод легче защитить от мороза, чем любые другие виды транспорта.

Как ни странно на первый взгляд, но именно мокрый способ подготовки мела является лучшим вариантом при необходимости работы в условиях сильных морозов. Подобный опыт накопили в Канаде при добыче нефтяного песка [5]. Следует отметить еще один метод добычи мела для залежей, находящихся ниже уровня грунтовых вод. Совместно с голландской фирмой IHC была изучена принципиальная возможность подводной добычи мела с помощью стандартных плавающих экскаваторов по методу Dredge mining [6]. Очередное расширение карьера в Laegerdorf будет проведено методом Dredge mining.

Заключение

- При использовании мела процессы добычи, транспортировки и складирования сырьевого материала, в зависимости от возможностей залежей играют одну из главных ролей при выборе концепции. Обязательно надо тщательно рассматривать всю производственную цепь от экскаватора до печи.
- Исключение подтверждает правило. Мел – это исключительно сырьевой материал, естественной формой транспортировки и складирования которого является шлам. Существующие современные концепции на базе шлама не только не уступают «сухим» подходам, но в ряде существенных показателей (например, удельный расход теплоэнергии на обжиг клинкера) превышает их.
- Правильный выбор концепции для какого-либо проекта полностью зависит от заказчика. Он должен определить приоритеты проектных целей. Нельзя получить все, надо определяться. Для каждой цели есть соответствующие концепции. Нередко конкретные условия меловой залежи предопределяет ту или иную концепцию независимо от желания заказчика.
- Есть много причин, которые и в дальнейшем оправдают использование разновидности мокрого процесса производства портландцементного клинкера из мела

Докладчик: Каппхан Михаэль HOLCIM (Германия) AG, Laegerdorf

www.newchemistry.ru